二维蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0619

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (8): 19-26.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0619

二维蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展

熊成荣¹^,²(), 陈彦¹, 汤淼¹, 张丰泽¹, 周天祥¹, 欧阳瑞丰¹, 董罡¹, 施玮¹^,², 曾涛¹^,², 陈云霞¹^,², 苏小丽¹^,²^,³()

1.景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西景德镇 333403
2.景德镇市环境陶瓷材料重点实验室，江西景德镇 333403
3.先进陶瓷材料江西省重点实验室，江西景德镇 333403

收稿日期:2023-12-26 出版日期:2024-08-10 发布日期:2024-09-26
通讯作者: 苏小丽（1978— ），女，博士，副教授，主要研究方向为环境矿物材料；E-mail：quickly985@163.com。
作者简介:熊成荣（2000— ），男，硕士在读研究生；E-mail：1455525032@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金青年基金项目(41402038);江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ150903);景德镇市科技计划项目(20202GYZD013-16);景德镇市科技计划项目(20234SF002);景德镇市陶瓷重大专项计划项目(2021TCZD002);广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室项目(GLMPM-045)

Research progress on preparation of 2D vermiculite nanosheets and their environmental adsorption of pollutants

XIONG Chengrong¹^,²(), CHEN Yan¹, TANG Miao¹, ZHANG Fengze¹, ZHOU Tianxiang¹, OUYANG Ruifeng¹, DONG Gang¹, SHI Wei¹^,², ZENG Tao¹^,², CHEN Yunxia¹^,², SU Xiaoli¹^,²^,³()

1.School of Materials Science and Engineering，Jingdezhen Ceramic University，Jingdezhen 333403，China
2.Jingdezhen Key Laboratory of Environmental Ceramic Materials，Jingdezhen 333403，China
3.Jiangxi Key Laboratory of Advanced Ceramic Materials，Jingdezhen 333403，China

Received:2023-12-26 Published:2024-08-10 Online:2024-09-26

摘要/Abstract

摘要：

蛭石是一种层状硅酸盐矿物，具有独特的层状结构、层间离子可交换性、高比表面积、纳米层间域等物化特性，属于天然的非金属矿产资源，来源广泛，价格低廉，可作为良好的吸附材料应用于水体污染物的去除。由于蛭石片层的堆垛，巨大的内比表面难以展现，限制了其对污染物的吸附能力，将天然蛭石剥离成纳米级厚度的二维纳米片是获得巨大内比表面积并提高其吸附性能的有效途径。综述了近年来二维蛭石纳米片的制备方法，包括热膨胀剥离预处理法、物理剥离法、化学剥离法、物理-化学联合剥离技术，总结对比了各种方法的优缺点，并简述了剥离蛭石对部分水体污染物吸附性能的研究进展，为寻求蛭石的高产率剥离方法及剥离蛭石在环境吸附方面的高附加值应用提供思路。最后，对二维蛭石材料的发展趋势进行了展望。

关键词: 蛭石, 二维材料, 剥离, 纳米片, 吸附

Abstract:

Vermiculite（Vrm） is a layered silicate mineral with unique physical and chemical properties such as layered structure，interlayer ion exchangeability，large specific surface area，and nano⁃layer interlayer space.It is widely distributed，abundant in reserves and low in price.Vrm is thus a good environmental adsorbent material for pollutant removal from water bodies.Due to the stacking of vermiculite flake layers，the huge internal specific surface is difficult to be exposed，which limits its adsorption capacity for pollutants.Exfoliating natural vermiculite into two⁃dimensional nanoflakes with nanoscale thickness is an effective way to obtain the huge internal specific surface area and improve its adsorption performance.In this paper，the preparation methods of 2D vermiculite nanosheets in recent years were reviewed，including thermal expansion exfoliating pretreatment method，physical exfoliating method，chemical exfoliating method，and combined physical-chemical exfoliating technology，and the advantages and disadvantages of these methods were summarized and compared.The research progress on the adsorption properties of exfoliated vermiculite to some water pollutants was briefly described.The purpose of this paper was to provide ideas for seeking the high yield exfoliating method of vermiculite and the high value⁃added application of exfoliated vermiculite in environmental adsorption.Finally，the development trend of 2D vermiculite materials was prospected.

Key words: vermiculite, two?dimensional materials, exfoliation, nanosheet, adsorption

中图分类号:

O647.3

熊成荣, 陈彦, 汤淼, 张丰泽, 周天祥, 欧阳瑞丰, 董罡, 施玮, 曾涛, 陈云霞, 苏小丽. 二维蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 19-26.

XIONG Chengrong, CHEN Yan, TANG Miao, ZHANG Fengze, ZHOU Tianxiang, OUYANG Ruifeng, DONG Gang, SHI Wei, ZENG Tao, CHEN Yunxia, SU Xiaoli. Research progress on preparation of 2D vermiculite nanosheets and their environmental adsorption of pollutants[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(8): 19-26.

图/表 4

图1

表1

表2

表3

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蛭石类型	离子交换试剂	处理方式	薄片厚度/nm
蛭石^［5］	NaCl、LiCl	超声处理	1.5
蛭石^［21］	HCl	超声、剪切处理	3
蛭石^［27］	NaCl、LiCl	超声处理	3
蛭石^［29］	NaCl、LiCl	超声处理	1
蛭石^［31］	NaCl、LiCl、H₂O₂	超声处理	3
蛭石^［32］	H₂O₂	超声处理	170
蛭石^［33］	NaCl、LiCl、H₂O₂	超声处理	1.5
蛭石^［34］	NaCl、LiCl	剪切处理	2.61
蛭石^［35］	NaCl、LiCl	超声处理	0.9

剥离方法		优点	缺点
物理法	球磨、剪切法	可规模化生产，成本较低，适用于大部分二维材料的制备	横向尺寸较小，可能存在缺陷，产率低
物理法	超声法	技术简便，结构保存较为完整，适用于大部分二维材料的制备	耗能较高，不宜规模化生产，产率低
化学法	离子交换法	结构保存较为完整，产率较高	不能规模化生产，对环境产生污染
物理-化学联合技术		产率高，获得横向尺寸大的单层二维蛭石纳米片，分散稳定性好	工艺复杂且耗时，不能规模化生产，对环境产生污染

污染物类型	污染物成分	平衡时间/min	吸附量/ （mg·g^-1）
重金属	Cu^［6］	60	32.68
	Mn^［47］		26.78
	Ni^［47］		25.33
	Pb^［48］	360	166.67
	Cd^［48］	100	58.48
染料	亚甲基蓝^［49］	100	203
	天青红^［49］	100	127
	刚果红^［50］	180	298
	甲基橙^［51］	150	157
抗生素	环丙沙星^［52］	300	66.4
	土霉素^［52］	240	93.72
	炔雌醇^［53］		6.5~9.3
有机	苯甲酸^［54］	140	42.2
氨氮磷酸盐	NH₄^+［55］	180	18
氨氮磷酸盐	P^［56］	1 440	79.6
油类	柴油^［57］		70.6
油类	大豆油^［57］		77.2
硼	B^［36］	240	0.04

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二维蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展

Research progress on preparation of 2D vermiculite nanosheets and their environmental adsorption of pollutants

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